山東省雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估管理平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

寧　波，鄧　猛，張　莉

（1. 山東省氣象局，濟(jì)南　250031；2. 山東省雷電防護(hù)技術(shù)中心，濟(jì)南　250012）

山東省雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估管理平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

寧波1，鄧猛2，張莉1

（1. 山東省氣象局，濟(jì)南250031；2. 山東省雷電防護(hù)技術(shù)中心，濟(jì)南250012）

以提高山東省雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作實(shí)效性、準(zhǔn)確性和規(guī)范性為目標(biāo)，通過(guò)對(duì)雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估相關(guān)參數(shù)的分析研究，建立了具有山東省區(qū)域特色，涵蓋多個(gè)行業(yè)性質(zhì)特點(diǎn)的雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理模型，在此基礎(chǔ)上研發(fā)了山東省雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估管理平臺(tái)。該平臺(tái)基于符合SOA和Java EE設(shè)計(jì)理念的支撐應(yīng)用體系架構(gòu)，采用XML，Web Services和自定義協(xié)議等技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的業(yè)務(wù)集成，同時(shí)保持了各個(gè)業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)之間的相對(duì)獨(dú)立和松耦合。根據(jù)目前投入業(yè)務(wù)運(yùn)行情況來(lái)看，基本滿足山東省各級(jí)防雷技術(shù)服務(wù)機(jī)構(gòu)雷評(píng)業(yè)務(wù)需求。

雷電；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；平臺(tái)設(shè)計(jì)

引言

雷電災(zāi)害是一種爆發(fā)性的自然災(zāi)害，長(zhǎng)期不斷地威脅人身安全和財(cái)產(chǎn)安全并危害公共服務(wù)和文化遺產(chǎn)，其危害隨著社會(huì)信息化和電子化的發(fā)展變得更加明顯而廣泛。雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)、有效控制風(fēng)險(xiǎn)和處理雷電災(zāi)害的依據(jù)。依據(jù)雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果，可以考慮如何有效地控制和處理雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，選擇應(yīng)采取的各種避免損失和控制損失的對(duì)策。雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是一門新興邊緣學(xué)科，所涉及的學(xué)科包括建筑學(xué)、氣象學(xué)和管理學(xué)等，它以大量繁雜的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)。因此，利用計(jì)算機(jī)精確度高、計(jì)算速度快的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估管理平臺(tái)，可以大幅度提高雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的精確度和效率。山東省雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估管理平臺(tái)根據(jù)目前山東省氣象局雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的業(yè)務(wù)流程，采用預(yù)先危險(xiǎn)性分析等方法進(jìn)行危險(xiǎn)辨識(shí)，運(yùn)用多種手段給出量化的安全狀態(tài)參數(shù)值，預(yù)測(cè)發(fā)生事故概率和發(fā)現(xiàn)的隱患，提出防雷整改措施及建議，并最終生成評(píng)估報(bào)告。

1　設(shè)計(jì)技術(shù)方法

（1）平臺(tái)設(shè)計(jì)依據(jù)《IEC62305-2：2010，雷電防護(hù)第2部分：風(fēng)險(xiǎn)管理》［1］和《雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)規(guī)范》（QX/T85-2007）等雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)規(guī)范［2］。

（2）平臺(tái)部分防雷計(jì)算和公式參考《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50057-2010）［3］和《建筑物電子信息系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》（GB50343-2012）［4］。

（3）平臺(tái)設(shè)計(jì)技術(shù)方法參考了《雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與控制》以及中國(guó)知網(wǎng)檢索的關(guān)于雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和閃電定位數(shù)據(jù)分析以及 AutoCAD 和surfer二次開發(fā)的相關(guān)文獻(xiàn)［5］。

2　設(shè)計(jì)思路

平臺(tái)建設(shè)主要由兩部分組成：系統(tǒng)管理平臺(tái)和項(xiàng)目評(píng)估平臺(tái)。項(xiàng)目評(píng)估平臺(tái)包括雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估項(xiàng)目單位基本信息及風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃、基本氣象資料分析及使用審查、主要參數(shù)分析計(jì)算及報(bào)告生成等四部分。系統(tǒng)管理平臺(tái)包括項(xiàng)目管理、統(tǒng)計(jì)查詢和參數(shù)設(shè)置等，其邏輯體系架構(gòu)如圖1所示。

平臺(tái)能夠按不同角色對(duì)象的不同評(píng)估工作任務(wù)重新進(jìn)行梳理組織，可及時(shí)完成各專業(yè)、領(lǐng)域、行業(yè)項(xiàng)目雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估計(jì)算及分析，按照要求生成雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估報(bào)告，計(jì)算得出省、市、縣（市、區(qū)）各級(jí)行政區(qū)域雷電災(zāi)害發(fā)生的規(guī)律，從而更好地開展防雷減災(zāi)工作［6］。同時(shí)，可將最終評(píng)估產(chǎn)品（報(bào)告）和其他項(xiàng)目信息等線性資料分門別類存儲(chǔ)入庫(kù)。

2.1平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)組織架構(gòu)

平臺(tái)采用B/S三層架構(gòu)（表示層、業(yè)務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)層），通過(guò)IE瀏覽器即可訪問(wèn)系統(tǒng)。同時(shí)，又能有效提高平臺(tái)應(yīng)用的可靠性。平臺(tái)設(shè)計(jì)將應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器分開，設(shè)立專門的ArcGIS服務(wù)器，用于雷電數(shù)據(jù)、地圖數(shù)據(jù)和評(píng)估項(xiàng)目的數(shù)據(jù)圖形化疊加顯示，對(duì)外提供基于Web的應(yīng)用服務(wù)接口［7］。這樣既可以保證應(yīng)用服務(wù)器獨(dú)立性和負(fù)載平衡，又保障了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)安全性和可靠性（圖2）。

圖2　山東省雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估管理平臺(tái)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)圖

ArcGIS服務(wù)器實(shí)現(xiàn)雷電災(zāi)害統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)（自動(dòng)報(bào)表生成）、地理信息等圖形及相關(guān)數(shù)據(jù)生成和展示的服務(wù)。數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器為“山東省雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估管理平臺(tái)”提供可視化的云端數(shù)據(jù)庫(kù)Web管理工具，在云端實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的管理、監(jiān)控、在線擴(kuò)容等功能，支持動(dòng)態(tài)伸縮和數(shù)據(jù)庫(kù)分區(qū)技術(shù)。分區(qū)方式不受CPU數(shù)量、節(jié)點(diǎn)數(shù)量等影響；支持集群和容災(zāi)功能；備用數(shù)據(jù)庫(kù)可以基于流復(fù)制等多種模式實(shí)現(xiàn)與生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)之間的實(shí)時(shí)同步，在不更改應(yīng)用程序的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)讀寫分離；應(yīng)用服務(wù)器為“山東省雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理平臺(tái)”提供實(shí)現(xiàn)異種數(shù)據(jù)庫(kù)互聯(lián)，系統(tǒng)文件的直接訪問(wèn)，不同數(shù)據(jù)源之間的鏈接查詢（圖3）。

圖3　山東省雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估管理平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

2.2平臺(tái)功能組織架構(gòu)

圖1　山東省雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估管理平臺(tái)邏輯體系架構(gòu)

平臺(tái)采用基于符合SOA和Java EE設(shè)計(jì)理念的支撐應(yīng)用體系架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、開發(fā)；支持基于服務(wù)的松耦合設(shè)計(jì)，采用XML，Web Services和自定義協(xié)議等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的業(yè)務(wù)集成，同時(shí)保持各個(gè)業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)之間的相對(duì)獨(dú)立和松耦合；采用主流數(shù)據(jù)庫(kù)做數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理；提供開放式外部接口，支持不同的集成方式，如服務(wù)集成、數(shù)據(jù)交換、門戶集成和流程集成等；支持跨操作系統(tǒng)部署，支持Linux及Windows等多種操作系統(tǒng)；支持云計(jì)算技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)部署。

平臺(tái)主要應(yīng)用層分別為：表示層、業(yè)務(wù)層和數(shù)據(jù)庫(kù)?？蓪?shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的業(yè)務(wù)集成，同時(shí)保持各個(gè)業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)之間的相對(duì)獨(dú)立和松耦合［8］（圖4）。

圖4　功能組織架構(gòu)圖

2.2.1平臺(tái)組織結(jié)構(gòu)

設(shè)計(jì)并擬實(shí)現(xiàn)與其他業(yè)務(wù)相關(guān)系統(tǒng)（如雷電災(zāi)害信息管理系統(tǒng)等）的接口，包括松耦合（由相關(guān)系統(tǒng)導(dǎo)出數(shù)據(jù)記錄）或者緊耦合（嵌入相關(guān)系統(tǒng)，與其無(wú)縫銜接）方式，采集雷評(píng)（包括相關(guān)信息）數(shù)據(jù)。雷評(píng)平臺(tái)預(yù)留的數(shù)據(jù)具有通用性，預(yù)留數(shù)據(jù)接口的標(biāo)準(zhǔn)一致，保證雷評(píng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)與其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)的一致性和連續(xù)性［9］（圖5）。

（1）接口控件模式。采用緊耦合方式調(diào)用封裝引擎工具實(shí)現(xiàn)封裝，將封裝引擎嵌入在部門業(yè)務(wù)系統(tǒng)中，直接與封裝引擎工具的交互API進(jìn)行交互，達(dá)到深層次意義上的結(jié)合；采集的數(shù)據(jù)通過(guò)統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型接口，進(jìn)行數(shù)據(jù)映射配置，可配置采集數(shù)據(jù)的字段名與信息元數(shù)據(jù)項(xiàng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。因此，平臺(tái)可采集其他系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)［10］。

圖5　山東省雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估管理平臺(tái)提供的三種數(shù)據(jù)接口

（2）數(shù)據(jù)庫(kù)抽取模式。平臺(tái)采用開放數(shù)據(jù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)方式，系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)庫(kù)讀取工具將訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)獲取數(shù)據(jù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)的基本屬性值，如字段、類型、主鍵、外鍵、索引，從而獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，提供自定義查詢語(yǔ)句配置，獲取需要的證照字段數(shù)據(jù)；支持的數(shù)據(jù)庫(kù)種類包括 Oracle，DB2，Microsoft SQL server，MySQL，Access［11］。

（3）Web服務(wù)模式。業(yè)務(wù)系統(tǒng)直接訪問(wèn)生成管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)采集WEB服務(wù)，采用XML技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，將需要數(shù)據(jù)記錄導(dǎo)出并定義為一個(gè)中間格式的XML文件，使該文件作為數(shù)據(jù)交換的基本載體，通過(guò)調(diào)用WEB服務(wù)實(shí)現(xiàn)封裝。

2.2.2雷評(píng)報(bào)告生成及應(yīng)用

雷評(píng)信息總數(shù)據(jù)庫(kù)管理子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與生成管理子系統(tǒng)銜接，匯總集中雷評(píng)報(bào)告數(shù)據(jù)，形成集中數(shù)據(jù)庫(kù)，并實(shí)現(xiàn)對(duì)集中數(shù)據(jù)庫(kù)的科學(xué)、高效管理與利用。

（1）數(shù)據(jù)接收。系統(tǒng)提供從生成管理子系統(tǒng)或其他依照標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的生成系統(tǒng)中接收規(guī)范的數(shù)據(jù)電文的功能。提供導(dǎo)入目錄的功能，導(dǎo)出的目錄格式包括DBF，XLS，XML等。

（2）數(shù)據(jù)分類排列。系統(tǒng)提供對(duì)接收的數(shù)據(jù)電文進(jìn)行有效分類管理的功能，可根據(jù)評(píng)估單位、申請(qǐng)人、項(xiàng)目名稱、時(shí)間、評(píng)估狀態(tài)進(jìn)行分類，自動(dòng)生成封裝編號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)分類。

（3）數(shù)據(jù)驗(yàn)證。數(shù)據(jù)電文信息需要依次進(jìn)行計(jì)算結(jié)果有效性驗(yàn)證和流程步驟信息驗(yàn)證。

（4）數(shù)據(jù)裝載。系統(tǒng)提供對(duì)驗(yàn)證完畢的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫(kù)中有序排列，與系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)電文目錄建立對(duì)應(yīng)關(guān)系。數(shù)據(jù)電文文件以文檔形式存儲(chǔ)在磁盤中，通過(guò)訪問(wèn)路徑附加到數(shù)據(jù)庫(kù)中。數(shù)據(jù)入庫(kù)主要是將數(shù)據(jù)電文文件和路徑屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行掛接并檢查，且保證數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行正常，統(tǒng)計(jì)、查詢、檢索無(wú)誤。

3　平臺(tái)備份方式

平臺(tái)采用熱備份技術(shù)，并提供多種系統(tǒng)安全機(jī)制，對(duì)于主機(jī)網(wǎng)絡(luò)、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)等各個(gè)方面均提供全方位的可靠性保障，提供完整的容錯(cuò)和災(zāi)難恢復(fù)解決方案。平臺(tái)采用靈活的權(quán)限機(jī)制，系統(tǒng)能按用戶分級(jí)授權(quán)，能夠適應(yīng)業(yè)務(wù)授權(quán)的精細(xì)化需求和業(yè)務(wù)頻繁變動(dòng)對(duì)權(quán)限變動(dòng)的要求，能夠限制用戶訪問(wèn)數(shù)據(jù)的范圍，并且能夠適應(yīng)多級(jí)用戶分級(jí)管理的需要。平臺(tái)提供安全審計(jì)機(jī)制，對(duì)用戶的活動(dòng)情況、關(guān)鍵數(shù)據(jù)的讀、改等活動(dòng)提供詳細(xì)的審計(jì)日志，提供非法活動(dòng)分析機(jī)制。對(duì)于業(yè)務(wù)流程，遇到意外情況（如斷電、斷網(wǎng)）發(fā)生時(shí)，應(yīng)有有效的措施確保業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)完整性和可恢復(fù)性。平臺(tái)本身具有較強(qiáng)的防攻擊能力，可根據(jù)IP地址限制用戶在不同機(jī)器登錄等。

4　結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)一年來(lái)的業(yè)務(wù)應(yīng)用，山東省雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估管理平臺(tái)能夠綜合應(yīng)用山東省地閃資料、社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、雷電災(zāi)害報(bào)表統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)以及山東省雷電活動(dòng)和雷電災(zāi)害特征，選取工民建筑防雷等級(jí)分類、年雷暴預(yù)計(jì)次數(shù)、地閃密度、強(qiáng)電流分布、地形起伏度、河網(wǎng)密度、人口密度、人均GDP、公共設(shè)施及設(shè)備建設(shè)情況等作為雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，基于JAVA語(yǔ)言和SQL數(shù)據(jù)庫(kù)處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了與當(dāng)前各種應(yīng)用業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享。該平臺(tái)根據(jù)目前山東省氣象局雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的業(yè)務(wù)流程，采用預(yù)先危險(xiǎn)性分析等方法進(jìn)行危險(xiǎn)辨識(shí)，運(yùn)用多種手段給出量化的安全狀態(tài)參數(shù)值，預(yù)測(cè)發(fā)生事故概率和發(fā)現(xiàn)的隱患，提出防雷整改措施及建議，并最終生成評(píng)估報(bào)告。

［1］ 中華人民共和國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).（GB/T 21714.2-2010）雷電防護(hù) 第2部分：風(fēng)險(xiǎn)管理［S］. 秦皇島：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010：11-20.

［2］ 中國(guó)氣象局.（QXT85-2007）雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)規(guī)范［S］. 北京：氣象出版社，2008：9-17.

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［4］ 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.（GB50343 -2012）建筑物電子信息系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范［S］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012：24-35. ［5］ 趙發(fā)剛，陳進(jìn)，李毅. 基于SOA的監(jiān)測(cè)、診斷與預(yù)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)［J］. 計(jì)算機(jī)工程，2010，36（01）：233-235.

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B

1005-0582（2016）02-0054-04

2015-06-19

寧波（1982—），男，山東章丘人，研究生，工程師，主要從事防雷減災(zāi)管理及行政審批工作。